新型三維拓撲絕緣體材料的探索和物性研究.pdf

1、本論文的主要工作包括兩個方面內(nèi)容。對狄拉克半金屬Cd3As2單晶樣品中各向異性線性磁阻效應研究，對弱拓撲絕緣體TaAs2中各向異性巨磁阻效應以及量子震蕩研究。
　　論文中高質(zhì)量的Cd3As2單晶樣品通過氣相傳輸方法制備得到。通過XRD粉末衍射數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)顆粒狀和片狀樣品均為體心四方結(jié)構(gòu)，有I4(l)acd對稱性。測試用顆粒單晶最大面為[112]方向，片狀單晶最大面為[001]方向。在2 K-300 K溫度范圍內(nèi)均表現(xiàn)為完全抗磁性，沒有

2、奇異的峰值出現(xiàn)，且矯頑力很小，沒有磁滯回線。比熱在在2 K-300 K溫度范圍內(nèi)也表現(xiàn)為無相變發(fā)生。He3比熱數(shù)據(jù)擬合得到的索末菲常數(shù)γ≈5.33 mJ mol-1 K-2及德拜溫度TD=122.86 K。兩種晶體零場電阻RRR均比較小，這意味著單晶中也許存在較多的空位。轉(zhuǎn)角磁阻測試表明Cd3As2有一定的各向異性。而固定溫度條件下，當有外加磁場時，磁阻隨外加磁場增加而線性增大。且沿著不同方向大小不同。在整個溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的增加，

3、磁阻逐漸減小。在2K和14T條件下，[112]方向的磁阻MR約有79倍，而[100]方向的磁阻MR約有31倍。這可能對應著各向異性的線性色散關(guān)系，而且這么大的線性磁電阻對于制作磁傳感器具有重要意義。而且在低溫強磁場下均可以看到SdH震蕩，且當溫度高到一定程度之后SdH震蕩信號消失。這為研究費米面附近電子的行為提供了依據(jù)。
　　弱拓撲絕緣體TaAs2單晶樣品通過氣相傳輸和助溶劑均可獲得。該晶體為具有單斜結(jié)構(gòu)，空間群C2/m(No.1

4、2)。然后用軟件計算得到晶胞參數(shù)，這結(jié)構(gòu)與報道的巨磁阻材料WTe2鏈狀結(jié)構(gòu)不同。通過電輸運測試發(fā)現(xiàn)，零場下其電阻率呈現(xiàn)典型的金屬性行為，RRR約有1000倍，證明其單晶質(zhì)量非常高。而且在某些特定磁場條件下，磁阻在整個溫度區(qū)間(2K-300 K)有極小值，伴隨著磁場誘導的金屬絕緣體相變。而低溫下磁電阻與磁場的平方近視成正比。而且磁電阻在2K和14T條件下，磁阻最高有約10萬倍，這是目前報道的磁阻材料里面非常大的。另外在低溫強磁場（2K和5

5、 T）下可以觀察到SdH震蕩信號，這對應著量子化的朗道能級。通過傅里葉變換可以算的費米球的大小，通過Ong-Sagon關(guān)系擬合不同溫度不同磁場下的震蕩數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)TaAs2有效質(zhì)量比較小。而且在其倒格子空間有多個電子口袋和空穴口袋。這與理論計算的結(jié)果基本吻合。通過轉(zhuǎn)角磁阻發(fā)現(xiàn)其磁阻存在一定的各向異性。通過霍爾測試發(fā)現(xiàn)其低溫下存在兩種不同的載流子，通過雙載流子模型擬合得到兩種不同載流子的濃度和霍爾遷移率，且數(shù)值很接近。這說明TaAs2中存在